التخزين المحلي غير المتزامن في جافا سكريبت: إتقان إدارة السياق في البيئات غير المتزامنة

البرمجة غير المتزامنة أساسية في جافا سكريبت الحديثة، خاصة في Node.js للتطبيقات من جانب الخادم وبشكل متزايد في المتصفح. ومع ذلك، فإن إدارة السياق – البيانات الخاصة بطلب معين، أو جلسة مستخدم، أو معاملة – عبر العمليات غير المتزامنة يمكن أن تكون صعبة. التقنيات القياسية مثل تمرير البيانات عبر استدعاءات الدوال يمكن أن تصبح مرهقة وعرضة للخطأ، خاصة في التطبيقات المعقدة. وهنا يأتي دور التخزين المحلي غير المتزامن (ALS) كحل قوي.

ما هو التخزين المحلي غير المتزامن (ALS)؟

يوفر التخزين المحلي غير المتزامن (ALS) طريقة لتخزين البيانات المحلية لعملية غير متزامنة معينة. فكر فيه كتخزين محلي للخيط (thread-local storage) في لغات البرمجة الأخرى، ولكنه مُكيَّف لنموذج جافا سكريبت أحادي الخيط والموجه بالأحداث. يسمح لك ALS بربط البيانات بسياق التنفيذ غير المتزامن الحالي، مما يجعلها متاحة عبر سلسلة الاستدعاءات غير المتزامنة بأكملها، دون الحاجة إلى تمريرها كوسائط بشكل صريح.

في جوهره، ينشئ ALS مساحة تخزين يتم نشرها تلقائيًا عبر العمليات غير المتزامنة التي يتم بدؤها داخل نفس السياق. هذا يبسط إدارة السياق ويقلل بشكل كبير من التعليمات البرمجية المتكررة المطلوبة للحفاظ على الحالة عبر الحدود غير المتزامنة.

لماذا نستخدم التخزين المحلي غير المتزامن؟

يقدم ALS العديد من المزايا الرئيسية في تطوير جافا سكريبت غير المتزامن:

• إدارة سياق مبسطة: تجنب تمرير متغيرات السياق عبر استدعاءات دوال متعددة، مما يقلل من فوضى الكود ويحسن القراءة.
• تحسين تصحيح الأخطاء: تتبع بيانات الطلبات بسهولة عبر مكدس الاستدعاءات غير المتزامن، مما يسهل تصحيح الأخطاء واستكشافها.
• تقليل الكود المتكرر: التخلص من الحاجة إلى نشر السياق يدويًا، مما يؤدي إلى كود أنظف وأكثر قابلية للصيانة.
• أداء محسّن: يتم التعامل مع نشر السياق تلقائيًا، مما يقلل من الحمل الزائد على الأداء المرتبط بتمرير السياق يدويًا.
• وصول مركزي للسياق: يوفر موقعًا واحدًا ومحددًا جيدًا للوصول إلى بيانات السياق، مما يبسط الوصول والتعديل.

حالات استخدام التخزين المحلي غير المتزامن

يعتبر ALS مفيدًا بشكل خاص في السيناريوهات التي تحتاج فيها إلى تتبع البيانات الخاصة بالطلب عبر العمليات غير المتزامنة. إليك بعض حالات الاستخدام الشائعة:

1. تتبع الطلبات في خوادم الويب

في خادم الويب، يمكن التعامل مع كل طلب وارد كسياق غير متزامن منفصل. يمكن استخدام ALS لتخزين المعلومات الخاصة بالطلب، مثل معرف الطلب، ومعرف المستخدم، ورمز المصادقة، وغيرها من البيانات ذات الصلة. يتيح لك هذا الوصول بسهولة إلى هذه المعلومات من أي جزء من تطبيقك يتعامل مع الطلب، بما في ذلك البرمجيات الوسيطة (middleware)، ووحدات التحكم (controllers)، واستعلامات قاعدة البيانات.

مثال (Node.js مع Express):

const express = require('express');
const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');
const { v4: uuidv4 } = require('uuid');

const app = express();
const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

app.use((req, res, next) => {
  const requestId = uuidv4();
  asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('requestId', requestId);
    console.log(`Request ${requestId} started`);
    next();
  });
});

app.get('/', (req, res) => {
  const requestId = asyncLocalStorage.getStore().get('requestId');
  console.log(`Handling request ${requestId}`);
  res.send(`Hello, Request ID: ${requestId}`);
});

app.listen(3000, () => {
  console.log('Server listening on port 3000');
});

في هذا المثال، يتم تعيين معرف طلب فريد لكل طلب وارد، والذي يتم تخزينه في التخزين المحلي غير المتزامن. يمكن بعد ذلك الوصول إلى هذا المعرف من أي جزء من معالج الطلب، مما يتيح لك تتبع الطلب طوال دورة حياته.

2. إدارة جلسات المستخدم

يمكن أيضًا استخدام ALS لإدارة جلسات المستخدم. عندما يقوم مستخدم بتسجيل الدخول، يمكنك تخزين بيانات جلسة المستخدم (مثل معرف المستخدم، والأدوار، والأذونات) في ALS. يتيح لك هذا الوصول بسهولة إلى بيانات جلسة المستخدم من أي جزء من تطبيقك يحتاجها، دون الحاجة إلى تمريرها كوسائط.

مثال:

const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function authenticateUser(username, password) {
  // Simulate authentication
  if (username === 'user' && password === 'password') {
    const userSession = { userId: 123, username: 'user', roles: ['admin'] };
    asyncLocalStorage.run(new Map(), () => {
      asyncLocalStorage.getStore().set('userSession', userSession);
      console.log('User authenticated, session stored in ALS');
      return true;
    });
    return true;
  } else {
    return false;
  }
}

function getUserSession() {
  return asyncLocalStorage.getStore() ? asyncLocalStorage.getStore().get('userSession') : null;
}

function someAsyncOperation() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      const userSession = getUserSession();
      if (userSession) {
        console.log(`Async operation: User ID: ${userSession.userId}`);
        resolve();
      } else {
        console.log('Async operation: No user session found');
        resolve();
      }
    }, 100);
  });
}

async function main() {
  if (authenticateUser('user', 'password')) {
    await someAsyncOperation();
  } else {
    console.log('Authentication failed');
  }
}

main();

في هذا المثال، بعد المصادقة الناجحة، يتم تخزين جلسة المستخدم في ALS. يمكن لدالة `someAsyncOperation` بعد ذلك الوصول إلى بيانات الجلسة هذه دون الحاجة إلى تمريرها كوسيط بشكل صريح.

3. إدارة المعاملات

في معاملات قاعدة البيانات، يمكن استخدام ALS لتخزين كائن المعاملة. يتيح لك هذا الوصول إلى كائن المعاملة من أي جزء من تطبيقك يشارك في المعاملة، مما يضمن أن جميع العمليات تتم ضمن نطاق المعاملة نفسه.

4. التسجيل والتدقيق

يمكن استخدام ALS لتخزين المعلومات الخاصة بالسياق لأغراض التسجيل والتدقيق. على سبيل المثال، يمكنك تخزين معرف المستخدم، ومعرف الطلب، والطابع الزمني في ALS، ثم تضمين هذه المعلومات في رسائل السجل الخاصة بك. هذا يجعل من السهل تتبع نشاط المستخدم وتحديد المشكلات الأمنية المحتملة.

كيفية استخدام التخزين المحلي غير المتزامن

يتضمن استخدام التخزين المحلي غير المتزامن ثلاث خطوات رئيسية:

1. إنشاء نسخة من AsyncLocalStorage: أنشئ نسخة من فئة `AsyncLocalStorage`.
2. تشغيل الكود داخل سياق: استخدم طريقة `run()` لتنفيذ الكود داخل سياق معين. تأخذ طريقة `run()` وسيطين: مخزن (عادةً ما يكون Map أو كائن) ودالة رد نداء (callback). سيكون المخزن متاحًا لجميع العمليات غير المتزامنة التي يتم بدؤها داخل دالة رد النداء.
3. الوصول إلى المخزن: استخدم طريقة `getStore()` للوصول إلى المخزن من داخل السياق غير المتزامن.

مثال:

const { AsyncLocalStorage } = require('async_hooks');

const asyncLocalStorage = new AsyncLocalStorage();

function doSomethingAsync() {
  return new Promise(resolve => {
    setTimeout(() => {
      const value = asyncLocalStorage.getStore().get('myKey');
      console.log('Value from ALS:', value);
      resolve();
    }, 500);
  });
}

async function main() {
  asyncLocalStorage.run(new Map(), async () => {
    asyncLocalStorage.getStore().set('myKey', 'Hello from ALS!');
    await doSomethingAsync();
  });
}

main();

واجهة برمجة تطبيقات AsyncLocalStorage

توفر فئة `AsyncLocalStorage` الطرق التالية:

• constructor(): تُنشئ نسخة جديدة من AsyncLocalStorage.
• run(store, callback, ...args): تُشغل دالة رد النداء المتوفرة ضمن سياق يكون فيه المخزن المُعطى متاحًا. يكون المخزن عادةً `Map` أو كائن جافا سكريبت عادي. سترث أي عمليات غير متزامنة يتم بدؤها داخل دالة رد النداء هذا السياق. يمكن تمرير وسائط إضافية إلى دالة رد النداء.
• getStore(): تُرجع المخزن الحالي للسياق غير المتزامن الحالي. تُرجع `undefined` إذا لم يكن هناك مخزن مرتبط بالسياق الحالي.
• disable(): تُعطل نسخة AsyncLocalStorage. بمجرد تعطيلها، لن تعمل `run()` و `getStore()` بعد الآن.

اعتبارات وأفضل الممارسات

بينما يعد ALS أداة قوية، من المهم استخدامه بحكمة. إليك بعض الاعتبارات وأفضل الممارسات:

• تجنب الإفراط في الاستخدام: لا تستخدم ALS لكل شيء. استخدمه فقط عندما تحتاج إلى تتبع السياق عبر الحدود غير المتزامنة. ضع في اعتبارك حلولًا أبسط مثل المتغيرات العادية إذا لم يكن السياق بحاجة إلى النشر عبر الاستدعاءات غير المتزامنة.
• الأداء: بينما يكون ALS فعالًا بشكل عام، يمكن أن يؤثر الاستخدام المفرط على الأداء. قم بقياس وتحسين الكود الخاص بك حسب الحاجة. كن على دراية بحجم المخزن الذي تضعه في ALS. يمكن أن تؤثر الكائنات الكبيرة على الأداء، خاصة إذا تم بدء العديد من العمليات غير المتزامنة.
• إدارة السياق: تأكد من إدارة دورة حياة المخزن بشكل صحيح. قم بإنشاء مخزن جديد لكل طلب أو جلسة، وقم بتنظيف المخزن عندما لا تكون هناك حاجة إليه. بينما يساعد ALS نفسه في إدارة النطاق، لا تزال البيانات *داخل* المخزن تتطلب معالجة مناسبة وجمع القمامة.
• معالجة الأخطاء: كن على دراية بمعالجة الأخطاء. إذا حدث خطأ داخل عملية غير متزامنة، فقد يتم فقدان السياق. ضع في اعتبارك استخدام كتل try-catch لمعالجة الأخطاء والتأكد من الحفاظ على السياق بشكل صحيح.
• تصحيح الأخطاء: يمكن أن يكون تصحيح أخطاء التطبيقات القائمة على ALS تحديًا. استخدم أدوات تصحيح الأخطاء والتسجيل لتتبع تدفق التنفيذ وتحديد المشكلات المحتملة.
• التوافق: يتوفر ALS في Node.js الإصدار 14.5.0 والإصدارات الأحدث. تأكد من أن بيئتك تدعم ALS قبل استخدامه. بالنسبة للإصدارات الأقدم من Node.js، فكر في استخدام حلول بديلة مثل التخزين المحلي المستمر (CLS)، على الرغم من أنها قد يكون لها خصائص أداء وواجهات برمجة تطبيقات مختلفة.

بدائل التخزين المحلي غير المتزامن

قبل إدخال ALS، غالبًا ما كان المطورون يعتمدون على تقنيات أخرى لإدارة السياق في جافا سكريبت غير المتزامن. إليك بعض البدائل الشائعة:

• تمرير السياق الصريح: تمرير متغيرات السياق كوسائط لكل دالة في سلسلة الاستدعاءات. هذا النهج بسيط ولكنه يمكن أن يصبح مملًا وعرضة للخطأ في التطبيقات المعقدة. كما أنه يجعل إعادة الهيكلة أكثر صعوبة، حيث يتطلب تغيير بيانات السياق تعديل توقيع العديد من الدوال.
• التخزين المحلي المستمر (CLS): يوفر CLS وظائف مشابهة لـ ALS، لكنه يعتمد على آلية مختلفة. يستخدم CLS تقنية monkey-patching لاعتراض العمليات غير المتزامنة ونشر السياق. يمكن أن يكون هذا النهج أكثر تعقيدًا وقد يكون له آثار على الأداء.
• المكتبات والأطر: توفر بعض المكتبات والأطر آليات إدارة السياق الخاصة بها. على سبيل المثال، يوفر Express.js برمجيات وسيطة (middleware) لإدارة البيانات الخاصة بالطلب.

بينما يمكن أن تكون هذه البدائل مفيدة في مواقف معينة، يقدم ALS حلاً أكثر أناقة وكفاءة لإدارة السياق في جافا سكريبت غير المتزامن.

الخلاصة

يعد التخزين المحلي غير المتزامن (ALS) أداة قوية لإدارة السياق في تطبيقات جافا سكريبت غير المتزامنة. من خلال توفير طريقة لتخزين البيانات المحلية لعملية غير متزامنة معينة، يبسط ALS إدارة السياق، ويحسن تصحيح الأخطاء، ويقلل من الكود المتكرر. سواء كنت تبني خادم ويب، أو تدير جلسات المستخدم، أو تتعامل مع معاملات قاعدة البيانات، يمكن أن يساعدك ALS في كتابة كود أنظف وأكثر قابلية للصيانة وأكثر كفاءة.

أصبحت البرمجة غير المتزامنة أكثر انتشارًا في جافا سكريبت، مما يجعل فهم أدوات مثل ALS أمرًا بالغ الأهمية بشكل متزايد. من خلال فهم استخدامه الصحيح وقيوده، يمكن للمطورين إنشاء تطبيقات أكثر قوة وقابلية للإدارة قادرة على التوسع والتكيف مع احتياجات المستخدمين المتنوعة على مستوى العالم. جرب ALS في مشاريعك واكتشف كيف يمكن أن يبسط سير عملك غير المتزامن ويحسن بنية تطبيقك بشكل عام.

مصادر إضافية

• توثيق Node.js AsyncLocalStorage
• حزمة async-local-storage على npm (لإصدارات Node.js الأقدم)
• التخزين المحلي غير المتزامن في Node.js - يوتيوب